回转式移盖机的设计与应用

邵 琳，惠 展，赵 博，刘桂中

(中钢集团西安重机有限公司，陕西 西安 710201)

0 前言

高炉在出铁期间散发的烟尘是钢铁厂的主要污染源之一。其中高炉出铁口的产尘量约占出铁场总污染物的30%，是高炉出铁场的主要产生尘源，因此，出铁口烟尘的有效捕集直接关系到整个高炉除尘的效果。根据目前国内投产的几座高炉出铁场的除尘风量分析，主沟盖与移盖机技术是一种经济有效的除尘手段。在高炉渣铁沟上设沟盖板是控制出铁场烟尘、减少污染、改善操作条件的基础，主铁沟的第一段沟盖在开、堵铁口时需要移开，以让出泥炮、开铁口机工作所需位置，操纵这段沟盖的移盖机是炉前主要设备之一。

本文针对宝钢2号高炉大修，结合炉前布置和使用要求设计了一种回转式揭盖机。

1 设备布置与构成

1.1 设备布置

炉前泥炮、开口机及移盖机是风口平台出铁厂系统的主要设备，其布置和控制要求采用全平坦化出铁场。两个出铁场各设2个铁口，两铁口间夹角40°。每个铁口设置一套新型大推力液压泥炮、全液压开铁口机和液压移盖机。泥炮、开铁口机同侧布置，移盖机布置在另一侧，在泥炮和开口机对面，落地布置在出铁场平台上。

炉前泥炮、开口机、移盖机设备在出铁场平台的布置位置和移盖机设备运行要求：泥炮和开口机布置在出铁场外侧，移盖机布置在出铁场内侧，风口平台与出铁场平台高度差2 850 mm，B盖高度800 mm。根据炉前设备平面布置和B盖高度综合考虑，同一出铁场两台移盖机设备须左右背对布置在两主沟之间，运行中主沟盖提升高度在回转过程中与B盖最高处留有足够的运行安全距离，且移盖机设备全动作轨迹范围(运行最高点与风口平台下沿)有足够的安全运行空间。同时考虑两个铁口主沟盖在待机位的放置空间以及检修操作状态的设置。综合以上因素，中钢集团西安重机有限公司为宝钢2号高炉项目的设计了一种回转式移盖机。

1.2 设备构成

该移盖机提升动作采用油缸直推结构形式，回转动作通过液压马达驱动内齿形回转支承实现设备平面旋转动作。该设备主要由机械本体、液压管路及辅助系统组成。其中机械本体包括：提升装置、回转装置、底座装置和基础件。移盖机整体结构如图1所示。

图1 移盖机结构

(1)提升装置。主要由提升钩、提升臂和提升油缸组成，提升臂末端与回转支座采用轴连接，作为固定支点，通过提升油缸驱动提升臂绕该固定支点转动来实现提升臂前端的起落动作。

(2)回转装置。主要由回转支座和液压马达组件组成，与底座装置通过滚珠轴承连接，实现设备的回转动作。

(3)底座装置。主要由底座、滚珠轴承和缓冲装置组成，与基础件采用螺栓连接。

(4)基础件。预埋式基础框架和地脚螺栓组件，采用此种基础结构设计，在提高设备在安装定位精度的同时也能提高设备安装基础找正操作效率。

(5)液压管路。采用旋转接头进行回转体液压管路连接，简化管路布置结构的同时增加运行可靠性。

(6)辅助系统。辅助系统主要包含角度测量装置和润滑系统。角度测量装置主要用于实时反馈设备所处的回转角度状态，以便与生产实时监测和执行遥控操作。

2 设备特性

2.1 设备主要参数

根据炉前整体布置需求，设定设备的主要技术参数见表1。

表1 设备主要技术参数

2.2 工作流程

(1)送盖流程。提升臂上升(6～8 s)-提升到位-设备回转(15～25 s，145°)-回转工作位角度-提升臂下降(6～8 s)-沟盖落至工作位-系统停止。

(2)取盖流程。提升臂上升(6～8 s)-提升到位-设备回转(15～25 s，145°)-回转到待机位角度-提升臂下降(6～8 s)-沟盖落至待机位-系统停止。

3 回转式移盖机的创新设计

3.1 提升结构设计

提升装置通过提升油缸直接推动提升臂，使提升臂绕后固定支点转动，以实现前端提升钩对沟盖的提升动作。采用此种提升结构形式，可以更好的满足在2 850 mm净空高度的前提下，实现提升高度≥900 mm。

在提升装置中，提升臂的设计采用了箱型结构，如图2所示，主要由两侧板、上部顶板、下部底板和尾部筒体组成整体承载结构，同时提升臂后端与回转支座铰接支点采用贯通筒体结构形式，增强铰接点连接后的稳定性。该结构的特点是整体承载增强，封闭性好，在满足刚性要求的同时保证腔体内部机械加工操作空间，便于加工操作。

图2 提升臂

提升臂和提升油缸之间采用耳板结构，连接中设置环套结构，通过配合要求以保证该连接点的径向承载要求和轴向方向的定位和压紧。

提升臂与回转支座之间设置有检修安全定位销，当进行检修或者提升油缸更换操作时，使用安全定位销，以防止设备提升臂的非预期动作，确保操作安全性。

3.2 回转结构设计

回转支座与固定底座通过内齿型回转支承连接。在回转支座上安装有液压马达驱动装置，用液压马达驱动装置驱动安装在其输出轴上的小齿轮旋转，通过旋转的小齿轮与内齿型回转支承的啮合，使回转支承内外圈产生相对转动，以完成回转支座平面旋转，实现回转动作。

回转支座的设计采用了双侧腔型承载结构如图3所示。底板采用拼接式结构，主要承载位置采用厚钢板，前端底板相对减薄焊接支承筋板。回转支座(与提升臂连接处)双侧立板采用焊接腔型结构。组装结构中，回转支座与提升臂固定支点的连接采用长轴连接结构，如图4所示，关节轴承安装在提升臂两端，端面安装压盖固定外圈。提升臂和回转支座通过连接轴连接，连接轴为阶梯轴，两端关节轴承采用一端固定一端游动形式。

图3 回转支座

图4 提升臂与回转支座连接

使用此种连接形式，结构简单，安装调整操作方便，可以更好的保证提升机构中固定支点的连接精度和提升运动的稳定性。

回转装置与底座装置之间设置有检修位安全机械锁，在进行移盖机设备安装或是进行设备检修时，将设备锁定在检修位，确保操作安全性。

3.3 双马达独立驱动设计

移盖机的回转装置采用液压马达驱动形式。在本次设计中，液压马达驱动装置采用双马达驱动结构，如图5所示，为了保证双马达驱动的同步性和设备运行的稳定性，在马达驱动装置与回转支座的安装连接处设置调整装置，以控制设备在回转过程中两个马达的同步和承载问题。同时驱动装置的设计也要求具备单马达驱动设备运行的能力，以确保在一个马达运行正常的情况下可以完成设备的回转动作。

图5 回转装置

固定底座上设置有液压和机械限位装置，能有效地减缓设备回转过程对待机位和工作位停机时的惯性冲击。

3.4 液压管路和角度测量装置

液压管路设置旋转接头，采用芯轴固定，壳体旋转的结构，管路进油设置在芯轴上，与内部执行件连接油口设置在壳体上。旋转接头安装在固定底座的回转中心位置，管路进油口钢管通过固定底座上设置的出口接至设备外，旋转接头出油口与液压马达之间通过硬管连接，与提升油缸之间采用耐高温高压胶管连接。

该移盖机配置角度测量装置，以便实时监测设备的运行位置和工作回转角度。角度测量装置采用在回转中心位置配置绝对值编码器以直接测量设备运行的角度值，实现回转角度的精准测量。在编码器的设计中，为了解决编码器安装位置问题，同时便于编码器的安装拆卸和检修更换，对角度测量装置的编码器安装结构进行了特殊的安装和拆卸结构设计。

4 结束语

(1)该回转式移盖机整体结构紧凑、驱动机构简单、杆件设置合理、构件强度高。设备在高温、多粉尘及渣铁喷溅的环境下能长期稳定工作；

(2)该移盖机采用全液压驱动，整体运行平稳。提升机构为油缸直推式，结构简单，使用和维护方便。回转动作通过液压马达驱动内齿回转支承实现设备旋转动作，传动精准性高，且回转基础稳固，工作可靠性高。

(3)该移盖机在待机和工作位置均设有缓冲装置，最大限度的减小设备运动中因惯性作用对设备本体的冲击；在机械结构和液压系统中设置了多重保护装置，运行可靠。

(4)该移盖机在提升装置与回转装置之间、回转装置与底座装置之间设置有安全定位销，以防止设备检修状态中的非预期动作，操作安全性好。

目前，该移盖机已应用于宝钢2#高炉改造工程，至今工作可靠，运行状态良好。